聚丙烯负离子熔喷非织造布的制备与性能研究*

张荣波 邹汉涛 吴 倩 牛瑞琴

(武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉，430200)



聚丙烯负离子熔喷非织造布的制备与性能研究*

张荣波 邹汉涛 吴 倩 牛瑞琴

(武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉，430200)

将不同比例的负离子母粒与聚丙烯切片共混，制备了聚丙烯负离子熔喷非织造布，并研究了负离子母粒含量对非织造布性能的影响。结果表明：随着负离子母粒含量的增加，熔喷非织造布的厚度、面密度和抗静电性能变化不大，透气性和力学性能下降，抗紫外性能提高。

聚丙烯熔喷非织造布，负离子，制备，性能

随着社会工业化程度的日益提高,空气的污染越来越严重,而科学技术的进步和社会经济的发展又增强了人们的保健意识。近年来，随着研究人员的探索，发现电气石还具有产生负离子、辐射远红外线、抗菌、除臭等功能[1]。太阳辐射为空气中各种电离反应提供能量，其中负离子即来源于电离反应，因此空气中的负离子浓度与太阳辐射呈正比[2]。德国物理学家菲利普·莱昂纳博士的研究成果向世人证明了负离子对人体的功效，负离子纺织品对人体健康的贡献也已得到证实[3]，因此国内外学者和相关单位纷纷进行了负离子纺织品和其他功能产品的开发[4]。

日本广泛采用后整理技术开发负离子纺织品，如 Komatsu Seiren 公司推出的以 Verbano冠名的负离子整理织物,东丽工业公司开发的新型后整理技术 aquaheal 等[5]。

我国也已开发了多种负离子产品。浙江纺织服装职业技术学院采用纯棉纱作经纱，染色棉或漂白棉与负离子黏胶纤维混纺纱作纬纱开发了宽幅色织细特高密负离子功能性系列床上用品套件[6]。燕山大学运用独特工艺，橡胶与沥青按等比例混合，成功开发了负离子橡胶改性沥青混合料[7]。韩山师范学院广东省陶瓷职业技术学校将负离子粉按比例添加到陶瓷坯釉中制作陶瓷制品，获得某些特殊功效。如用负离子陶瓷杯子斟的白开水、茶水或红酒，其口感会比普通陶瓷杯子斟的要甘醇些；用负离子陶瓷花瓶插的康乃馨花，比普通陶瓷花瓶插的花提前开放，花期延长，花枝、花叶挺硬，且插花水不臭[8]。江苏波波熊纺织品有限公司也发明了一种负离子远红外功能性绒布面料，其负离子远红外功能持久，不会影响布料本身的花型和手感、穿着的舒适性以及色牢度，加工工序简单[9]。研究表明，空气负离子浓度达到700个/cm3以上时有益于人体健康，浓度达到10 000个/cm3以上时才能治病[10]。燕山大学李青山教授主持研发的新型负离子口罩是国内首创的以负离子主动净化空气与原生态保健原理抗击PM2.5的防护口罩。该口罩以天然矿物纳米材料为主要原料，同时添加了多种非金属矿物质及植物材料，口罩具备永久释放羟基负离子800个/cm3以上的能力，对主动吸附正离子有较强作用[11]。

由于熔喷非织造布具有表面积和孔隙度大，柔软性和吸附性能优良的特点[12]，因此本研究是将负离子母粒与聚丙烯切片共混，通过熔喷法制备聚丙烯负离子非织造布，并测试了非织造布的相关性能，以期聚丙烯负离子熔喷非织造布在空调过滤、医用口罩、地毯、家具装饰、汽车坐垫及车内装饰等方面有广阔的发展空间。

1 试验部分

1.1 原料

负离子母粒，熔融指数800；聚丙烯，熔融指数800。

1.2 设备与仪器

HDF-6D型熔喷非织造布试验机，烟台华大科技有限公司；

YG (B) 461-D-Ⅱ数字式织物透气仪，温州市大荣纺织仪器有限公司；

AL204电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；

YG(B)342D型织物感应式静电测定仪，温州市大荣纺织仪器有限公司；

YG141L织物厚度仪，莱州市电子仪器有限公司；

YG(B)026-250型电子织物强力仪，温州市大荣纺织仪器有限公司；

HD902C防紫外线透过测试系统，南通宏大实验仪器有限公司；

TENSOR-27傅里叶红外光谱仪，德国布鲁克有限公司。

1.3 样品制备

将负离子母粒按照不同质量分数(0%、5%、10%、15%、20%)分别与聚丙烯共混，采用熔喷法制得非织造布。为利于试验顺利进行，每组试样均添加1%聚丙烯降温母粒。各试验组的组分及其质量分数见表1。

表1 各试验组的组分及质量分数 (单位：%)

制备样品的各部件工艺参数：

纺丝组件温度 270 ℃

转换箱温度 270 ℃

一区温度 270 ℃

二区温度 270 ℃

三区温度 260 ℃

四区温度 260 ℃

光辊温度 100 ℃

花辊温度 100 ℃

计量泵电机频率 5.0 Hz

热空气一温度 240 ℃

热空气二温度 240 ℃

网下吸风电机频率 9.0 Hz

铺网电机频率 6.0 Hz

热压机电机频率 6.5 Hz

1.4 样品表征

1.4.1 厚度

将各组聚丙烯负离子熔喷非织造布样品在织物厚度仪上按照标准GB/T 3820—1997测试厚度，每个试样测试10组，取平均值。

1.4.2 面密度

将各组聚丙烯负离子熔喷非织造布样品剪裁成面积为100 cm2的圆形试样，在电子天平上依次测量各组样品的质量，测试10组，取平均值，然后计算面密度。

1.4.3 透气性

将各组聚丙烯负离子熔喷非织造布样品在织物透气仪上测试透气性。采用7号喷嘴，试样面积20 cm2，气压差100 Pa，测试10组，取平均值。

1.4.4 力学性能

将各组聚丙烯负离子熔喷非织造布样品按照实验要求在电子织物强力仪上测试拉伸断裂强力和断裂伸长率，试样尺寸20 cm×5 cm，测试10组，取平均值。

1.4.5 抗静电性能

将各组聚丙烯负离子熔喷非织造布样品在织物感应式静电测定仪上测试抗静电性能。电动机转动时间15 s、加压时间30 s、放电针距离20 mm、静电电压10 000 V、探头距离15 mm、试样尺寸40 mm×45 mm，测试10组，取平均值。

1.4.6 防紫外线性能

将各组聚丙烯负离子熔喷非织造布样品用防紫外线透过测试系统测试紫外线防护系数UPF以及近紫外波段(UVA)、中紫外波段(UVB)、远紫外波段(UVC)的透射比T(UVA)、T(UVB)、T(UVC)，分辨率0.01%。试样面积50 cm2，波长范围280～400 nm，波长分辨率 1 nm。测试10组，取平均值。

1.4.7 红外光谱

使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)进行红外光谱分析。分辨率4 cm-1，扫描次数126，扫描范围4 000～400 cm-1。

1.4.8 负离子浓度

使用数字式空气负离子测定仪，分辨率为10个/cm3。首先用仪器测量本地环境空气负离子浓度Db，然后测量样品的负离子浓度Da，共测量5次，测量结果取较大值。样品有效负离子浓度D=Da-Db。样品距测定仪进风口约2 cm，在抖动或摩擦状态下进行测试。

2 结果与分析

各组样品性能测试结果见表2。

表2 各组样品性能测试结果

2.1 厚度

由表2可知，负离子母粒含量不同，非织造布样品的厚度有细微的变化，但变化不大，基本保持在比较稳定的范围内。在本试验聚丙烯负离子熔喷非织造布制备中，铺网速度等试验参数并没有改变，所以负离子母粒含量不同的聚丙烯负离子熔喷非织造布的厚度基本不变。

2.2 面密度

由表2可以看出，添加负离子母粒的非织造布其面密度变化并不明显，整体比较均衡，最大值与最小值相差不大。负离子母粒含量不同的实质是电气石含量不同，但负离子母粒本身电气石含量极低，相对于铺网、纤网排列等工艺因素对非织造布面密度带来的影响，电气石含量对非织造布面密度的影响微乎其微。因此，添加负离子母粒对聚丙烯负离子熔喷非织造布的面密度基本无影响。

2.3 透气性

从表2可以看出，随着负离子母粒含量的增加，非织造布的透气性逐渐降低，差别较大。负离子母粒质量分数为20%时，透气率最小，仅为不含负离子母粒的纯聚丙烯熔喷非织造布透气率的75%。由此可见，随着非织造布中负离子母粒含量的增加，透气性会逐步降低。

2.4 力学性能

由表2可以看出：聚丙烯负离子熔喷非织造布的整体强力值较低，且随着负离子母粒含量的增加，非织造布的强力以比较小的幅度逐渐降低；随着非织造布中负离子母粒含量的增加，非织造布的断裂伸长率也呈下降趋势，负离子母粒质量分数为20%时，伸长率最小，仅为不含负离子母粒的纯聚丙烯熔喷非织造布伸长率的52%。这可能是由于负离子母粒的凝聚颗粒分散在纤网间隙或单根纤维局部，使部分纤维间的黏合作用减弱，因而使非织造布的整体强力下降。

2.5 抗静电性能

由表2可以得知，在加入负离子母粒后，非织造布的静电电压并没有表现出与负离子母粒含量相对应的变化规律，静电电压基本保持不变。

2.6 抗紫外线性能

从表2可知，添加负离子母粒对非织造布的抗紫外线性能影响很大。纯聚丙烯熔喷非织造布的UPF最低，随着负离子母粒含量的增大，UPF依次增加了35%、153%、204%和320%；而纯聚丙烯熔喷非织造布各波段的透射比均最大，负离子母粒质量分数为20%时，T(UVA)、T(UVB)和T(UVC)比纯聚丙烯熔喷非织造布分别下降了66%、83%和70%。这是因为电气石属于紫外线屏蔽剂滑石粉类物质，能够有效地吸收紫外线并进行能量转换，将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波，从而达到防紫外线辐射的目的。

2.7 红外光谱

图1为纯聚丙烯非织造布和聚丙烯负离子非织造布的红外光谱谱图。在3 000～2 800 cm-1区域一般为饱和C—H伸缩振动吸收，1 460 cm-1为饱和烃碳氢弯曲振动，1 362 cm-1归为甲基显。比较几条谱线可以发现，含有负离子母粒的聚丙烯与纯聚丙烯的峰形和峰位均大致相似，说明负离子母粒整理对纤维的大分子结构几乎没有影响。因此，可以认为整理前后纤维的分子结构没有发生改变，即负离子母粒和聚丙烯之间未发生化学反应。电气石在400～500 cm-1有细小的锐峰，在负离子母粒质量分数为15%和20%的红外谱线上460 cm-1有一个特征吸收峰，应是电气石的吸收峰。

母粒质量分数：1——0%；2——5%；3——10%； 4——15%；5——20% 图1 各组样品红外光谱谱图

2.8 负离子浓度检验报告

经国家红外及工业电热产品质量监督检验中心检验,纯聚丙烯非织造布的负离子浓度为0，而负离子母粒质量分数为10%的非织造布，其负离子浓度增加到1 550个/cm3。乡村田野的负离子浓度范围在1 000～5 000个/cm3，属于空气清新，空气质量1级。因此，负离子质量分数为10%的聚丙烯熔喷非织造布达到了乡村田野的标准。

3 结论

本研究用负离子母粒与聚丙烯共混制成聚丙烯负离子熔喷非织造布，并对其性能进行了分析，得出如下结论：

(1)负离子母粒的含量对聚丙烯负离子熔喷非织造布的厚度和面密度影响不大或基本无影响。

(2)聚丙烯负离子熔喷非织造布的透气性随着负离子母粒含量的增加逐步降低。负离子母粒质量分数为20%时，非织造布透气性最小，仅为不含负离子母粒的纯聚丙烯熔喷非织造布透气性的75%。

(3)聚丙烯负离子熔喷非织造布的断裂强力和断裂伸长率随着负离子母粒含量的增加逐步降低。

(4)随着负离子母粒含量的增加，熔喷非织造布的抗静电性能并无明显变化，即负离子母粒含量对聚丙烯负离子熔喷非织造布的抗静电性能影响不大。

(5)随着负离子母粒含量的增加，聚丙烯负离子熔喷非织造布的紫外线防护系数显著增加，对各波段的透射比逐渐降低，即聚丙烯负离子熔喷非织造布的抗紫外辐射性能逐步提升。

[1] 康文杰，王秀峰，江红涛.电气石类负离子释放功能材料研究进展[J].硅酸盐通报，2013，32(3):409-410.

[2] 常艾，刘敏，李常陵.探讨空气负离子浓度与气象条件的关系[J].北京农业，2015(6):117.

[3] 伏广伟，阎 岩，杨萍.FCL织物负离子测试方法的研究[J]. 纺织导报，2010(2):88.

[4] 毕鹏宇，陈跃华，李汝勤.负离子纺织品及其应用的研究[J]. 纺织学报，2003，24(6): 607.

[5] 贺志鹏，伏广伟，耿轶凡.负离子纺织品及其测试与评价[J]. 染整技术，2013，35(12): 7.

[6] 杜群.色纺负离子系列配套床上用品织物的设计[J].棉纺织技术，2011，39(8):533-534.

[7] 董久雷，李青山，马帅，等.一种负离子橡胶改性沥青的研究[J].黑龙江科技信息，2011，26:85.

[8] 詹益州.负离子粉在陶瓷中的应用研究[J].佛山陶瓷，2013(2):27.

[9] 江苏波波熊纺织品有限公司.一种负离子远红外功能性绒布面料及其加工方法：中国，2014102302646[P].2014-09-10.

[10]新型“释放负离子面料”用于防霾口罩[J].毛纺科技，2015(1):25.

[11]DURAN K, DURAN D, OYMAK G, et al. Investigation of the physical properties of meltblown nonwovens for air filtration[J]. Journal of Textile & Apparel/Tekstil ve Konfeksiyon，2013(2):136.

[12]张凤金，陈龙清，陈恒彬.厦门植物园空气负离子与PM2.5浓度分布特征[J].江西农业学报，2015(2):39.

Preparation of polypropylene anion melt-blown nonwovens and its performance

ZhangRongbo,ZouHantao,WuQian,NiuRuiqin

(The Textile Institute of Science and Engineering, Wuhan Textile University)

The melt-blown nonwovens was prepared by blending the anion chips and polypropylene. The anion chips content on the properties of nonwovens was studied. The result showed that, with increase of the anion chips the permeability and mechanical property of melt-blown nonwovens were decreased, anti-ultraviolet transmittance was improved, thickness and gram weight per unit area were unchanged at the same time.

polypropylene melt-blown nonwovens, anion, preparation, performance

*国家自然科学基金资助项目 (51303139)

2015-02-26

张荣波，男，1990年生，在读硕士研究生。主要研究方向是纺织材料与纺织品设计。

TS176+.9

A

1004-7093(2015)07-0018-04